Rauchgassimulation,Evakuierungsanalyse undBauteilbemessung für ein großesShopping CenterCentrum Galerie DresdenDr. Jochen ...
Inhaltsübersicht•   Einführung•   Leistungsbasierte Brandschutznachweise•   Anwendung des vfdb-Leitfadens•   Beispiele•   ...
Brandschutz-Nachweis                     Bauaufsichtliche                       Schutzziele                               ...
Leistungsbasierter Nachweis mitvfdb-Leitfaden •   Rettungswege •   Rauchableitung •   Brandausbreitung •   Bauteile und Tr...
Beispiel Centrum Galerie Dresden •   120 Geschäfte, Gastronomie, Kita, Garage •   52.000 m² Verkaufsfläche (40.000 m² Baut...
Beispiel Centrum Galerie Dresden •   Max. Ausdehnung 180 m x 125 m •   UG – 4. OG => GK 5, kein Hochhaus •   Nutzung Verka...
GrundrisseEG           1. OG2. OG        UG                     7
Beispiel Nachweise Rettungswege• Shops > 100 m² benötigen nach /SächsVerkBauR/ einen  Rettungsweg unabhängig von Ladenstra...
Beispiel Nachweise Rettungswege• /SächsVerkBauR/ Ausgänge ins Freie oder in notw. TR  (für Vk-Räume > 500 m²): 0,3 m / 100...
Leistungsbasierte Nachweise Rettungswege• Leistungsbas. Nachweis, dass Rettungswegbreite und Anz.  Ausgänge ausreichend si...
Randbedingungen f. Personenstromanalyse• Festlegung gemäß vfdb-Leitfaden Ziffer 9• Personendichte   • Erdgeschoss         ...
Ermittlung der Evakuierungszeit• Gemäß Tabelle 9.3 des /vfdb Leitfadens/ ergibt sich eine  Reaktionszeit von 2 min bis 5 m...
Evakuierungszeiten Beispiel 1. OG3,5 min                5 min                        11 min8 min                          ...
Evakuierungszeiten in Ebenen                                                           Evakuierungszeit aus den Ebenen    ...
Evakuierungszeit Gebäude                                      14000    Anzahl der evakuierten Presonen                    ...
Rauchgassimulation• Leistungsbasierter Nachweis der Funktion der  Rettungswege• Nachweis Erfüllung Schutzziel „Verhinderun...
Mall 1. OG „Kartoffeln“                          17
Nachströmung• Seitenarm im UG mit  RSV abgetrennt• UG freie Nachströmfläche  von 5 m² oberhalb der  Flurtüren, automatisch...
Brandszenario / Wärmefreisetzungsrate• Hochenergetischer Brände im UG unter Decke, Seitenarm  UG und EG• Gesprinklerter Br...
Erkennungsweite 1. OG nach 1800 s• Nach 1800 s stationärer Zustand• Erkennungsweiten bei H = 2,50 m zw. 10 m und 15 m, seh...
Beispiel Tragkonstruktion Überdachung•   Überdachung Trompetergasse zwischen Bauteil 1 und 2•   Rettungswege u. Fenster vo...
Bemessung Tragwerk Überdachung• Befahrung mit Fahrzeugen nicht auszuschließen• Temporäre Nutzung möglich• Festlegung maßge...
Ventilationsöffnungen• Im Anschluss des Daches an das Bauteil 2 wurde ein 20 cm  breiter, unverschlossener Spalt berücksic...
Bemessung Tragwerk Trompetergasse• Lokaler Brand Heskestad-Del.-Plume nach EC 1-1-2 und  Anhang Kap. 5 des vfdb-Leitfadens...
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Zusammenfassung und Ausblick• Centrum Galerie Dresden• Anwendung vfdb-Leitfaden• Leistungsbasierte Brandschutzbemessung   ...
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Personenstromanalyse mit BuildingExodus• Software zum von Personenströmen• Individualmodell: Individuelle Bewegung von  Ei...
Ergebnis Evakuierungsberechnung• Die Evakuierung der Ebenen verläuft über den gesamten  Zeitraum flüssig ohne größere Rück...
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Rauchgassimulation, Evakuierungsanalyse und Bauteilbemessung für die Centrum Galerie Dresden

  1. 1. Rauchgassimulation,Evakuierungsanalyse undBauteilbemessung für ein großesShopping CenterCentrum Galerie DresdenDr. Jochen ZehfußNiederlassungsleiter Hamburg www.centrumgalerie.dehhpberlin Ingenieure für Brandschutz GmbH 1vfdb-Jahresfachtagung, Berlin, 31.05.2011
  2. 2. Inhaltsübersicht• Einführung• Leistungsbasierte Brandschutznachweise• Anwendung des vfdb-Leitfadens• Beispiele• Zusammenfassung und Ausblick 2
  3. 3. Brandschutz-Nachweis Bauaufsichtliche Schutzziele Leistungsbasierter Nachweis Präskriptives Vorgehen (schutzzielorientiert) Vorgeschriebene Anforderungen (LBO, SonderbauVO) Nachweis mit Ingenieurmethoden Abweichung Kompensation Erfüllung der bauaufsichtlichen Schutzziele 3
  4. 4. Leistungsbasierter Nachweis mitvfdb-Leitfaden • Rettungswege • Rauchableitung • Brandausbreitung • Bauteile und Tragwerk 4
  5. 5. Beispiel Centrum Galerie Dresden • 120 Geschäfte, Gastronomie, Kita, Garage • 52.000 m² Verkaufsfläche (40.000 m² Bauteil 1) • 290 Mio € Invest, Betreiber Multi Development Lageplan einfügen 5 5
  6. 6. Beispiel Centrum Galerie Dresden • Max. Ausdehnung 180 m x 125 m • UG – 4. OG => GK 5, kein Hochhaus • Nutzung Verkauf, Garage, Büro => Sonderbau • Brandschutzkonzept von hhpberlin 6 6
  7. 7. GrundrisseEG 1. OG2. OG UG 7
  8. 8. Beispiel Nachweise Rettungswege• Shops > 100 m² benötigen nach /SächsVerkBauR/ einen Rettungsweg unabhängig von Ladenstraße• Aus „kartoffelartige eingestellte Läden“ im 1. OG mit Verkaufsfläche bis zu 140 m² führen beide Rettungswege über Ladenstraße• Flurbreiten 1,80 m anstatt 2,0 m 8
  9. 9. Beispiel Nachweise Rettungswege• /SächsVerkBauR/ Ausgänge ins Freie oder in notw. TR (für Vk-Räume > 500 m²): 0,3 m / 100 m² Vk-Fl. erf. vfdb erf. (VStättV: Fläche Breite /SächsVerkBauR/ 1,20/200 P) Verkauf Bereich Treppe vorhanden (0,30 m/100 m²) [m²] BA3 5a 2.0 3500 5b 2.0 6a 2.4 6b 2.4 7a 2.4 11.2 10.50 6.60 BA2 4a 2.4 5000 4b 2.4 3a 2.4 3b 2.4 2a 2.4 12.0 15.00 9.00 BA1 2b 2.4 4000 7b 2.4 8 1.8 1 2.4 9.0 12.00 7.20 9
  10. 10. Leistungsbasierte Nachweise Rettungswege• Leistungsbas. Nachweis, dass Rettungswegbreite und Anz. Ausgänge ausreichend sind (1. UG, 1. und 2. OG verringerte Ausgangsbreiten gegenüber /SächsVerkBauR/)• Personenstromanalyse Verwendung von Building Exodus (Individualmodell)• Rauchgassimulation FDS 10
  11. 11. Randbedingungen f. Personenstromanalyse• Festlegung gemäß vfdb-Leitfaden Ziffer 9• Personendichte • Erdgeschoss 0,5 P/m² • Sonstige Geschosse 0,3 P/m² • Bürobereiche 0,2 P/m²• Gesamtpersonenanzahl (ohne Garage) 14.510 Personen• Ganzheitliche Betrachtung (Staubildungen, Leerungszeiten)• Vereinbartes Schutzziel: Anstehzeiten innerhalb der Ladeneinheiten max. 3 Minuten• Für Dauer Gesamtevakuierung muss raucharme Schicht gewährleistet werden 11
  12. 12. Ermittlung der Evakuierungszeit• Gemäß Tabelle 9.3 des /vfdb Leitfadens/ ergibt sich eine Reaktionszeit von 2 min bis 5 min• Gehgeschwindigkeiten nach vfdb-Leitfaden Ziffer 9• Es wurden 10 Simulationen durchgeführt Räumzeit tRäumung = Zeitraum vor Beginn der Evakuierung (Pre Movement Time) Evakuierungszeit tDetektion+tAlarm + tReaktion + tFlucht 12
  13. 13. Evakuierungszeiten Beispiel 1. OG3,5 min 5 min 11 min8 min 13
  14. 14. Evakuierungszeiten in Ebenen Evakuierungszeit aus den Ebenen Minimum Maximum Mittelwert [s] [s] [s] Geschoss UG 701 801 856 EG 480 504 550 1. OG 750 831 925 2. OG 405 598 709 3000 Anzahl der evakuierten Personen 2500 2000 UG EG 1500 1. OG 2. OG 1000 500 0 0 300 600 900 1200 Zeit [s] 14
  15. 15. Evakuierungszeit Gebäude 14000 Anzahl der evakuierten Presonen 12000 10000 8000 6000 4000 2000 0 0 300 600 900 1200 Zeit [s]• Evakuierungszeit Gesamtgebäude: 17,3 min• Raucharme Schicht von mind. 20 Minuten erforderlich 15
  16. 16. Rauchgassimulation• Leistungsbasierter Nachweis der Funktion der Rettungswege• Nachweis Erfüllung Schutzziel „Verhinderung Rauchausbreitung“ und „Ermöglichung Menschenrettung“• CFD-Simulation mit Fire Dynamic Simulator (FDS)• Im Malldach (4. OG) 12 Abluftventilatoren mit 350.000 m³/h 16
  17. 17. Mall 1. OG „Kartoffeln“ 17
  18. 18. Nachströmung• Seitenarm im UG mit RSV abgetrennt• UG freie Nachströmfläche von 5 m² oberhalb der Flurtüren, automatisch über die BMA angesteuert• EG 40 m² Nachströmung im Zugangsbereich• Seitenarme nicht durch RSV abgetrennt• 1. OG maschinelle Nach- strömung 15 m³/(h * m²) aus den Shops 18
  19. 19. Brandszenario / Wärmefreisetzungsrate• Hochenergetischer Brände im UG unter Decke, Seitenarm UG und EG• Gesprinklerter Brand, Auslösezeit mit Ceiling Jet Modell ermittelt• Mischbrandlast von je 1/3 Holz, PU, PS; soot yield 0,09 g/g• t = 300 s 19
  20. 20. Erkennungsweite 1. OG nach 1800 s• Nach 1800 s stationärer Zustand• Erkennungsweiten bei H = 2,50 m zw. 10 m und 15 m, sehr begrenzt lokal geringfügig unterhalb von 10 m• Schutzziel Nachweis stationärer raucharmer Schicht erfüllt 20
  21. 21. Beispiel Tragkonstruktion Überdachung• Überdachung Trompetergasse zwischen Bauteil 1 und 2• Rettungswege u. Fenster von TR zur Trompetergasse• Feuerwehrzufahrt• Nachweis Trompetergasse ist „wie das Freie“ H = 18,60 m 21
  22. 22. Bemessung Tragwerk Überdachung• Befahrung mit Fahrzeugen nicht auszuschließen• Temporäre Nutzung möglich• Festlegung maßgebliches Brandszenario: 15 MW-Brand (Klein-LKW) 22
  23. 23. Ventilationsöffnungen• Im Anschluss des Daches an das Bauteil 2 wurde ein 20 cm breiter, unverschlossener Spalt berücksichtigt,• Stirnflächen des überdachten Bereichs 23
  24. 24. Bemessung Tragwerk Trompetergasse• Lokaler Brand Heskestad-Del.-Plume nach EC 1-1-2 und Anhang Kap. 5 des vfdb-Leitfadens• Höhe des Brandherdes über dem Boden: 2,50 m,• Mind. Höhe des Dachtragwerks über dem Boden: 17,40 m,• angesetzte Brandleistung: 15 MW. 1  2/3 r *Q TP T 25,5 z5/3 24
  25. 25. Bemessung Tragwerk Trompetergasse• Plumemassenstrom bildet sich nicht ungehindert aus• Einmischung auch von Heißgasen in den Plume• vfdb-Leitfaden enthält Verfahren mit Plume- Centerlinetemperatur• Temperaturerhöhung wird auf die Heißgastemperatur addiert• Tplume,korr = 140 + 50,3 = 190,3 C.• Tp = 155 C < Tplume,korr = 190,3 C < 500 C (krit. Stahltemperatur) bei voller Lastausnutzung• Dachtragwerk kann ungeschützt ausgeführt werden 25
  26. 26. Zusammenfassung und Ausblick• Centrum Galerie Dresden• Anwendung vfdb-Leitfaden• Leistungsbasierte Brandschutzbemessung Rettungswege Rauchableitung Bauteile• Danksagung an Multi Development 26
  27. 27. Kontaktinformationenhhpberlin Ingenieure für Brandschutz GmbHRotherstraße 19 Geschäftsführer:10245 Berlin Dipl.-Ing. Margot Ehrlicher Amtsgericht Dipl.-Inf. BW (VWA) Stefan Truthän Berlin CharlottenburgRosental 5 Dipl.-Ing. Karsten Foth HRB 78 92780331 München Prokurist: Deutsche Bank P+G AGKurze Mühren 20 Dipl.-Ing. Harald Niemöller BLZ 100 700 2420095 Hamburg Konto-Nr. 1419100 Beirat: IBAN-Nr. DE52100700240141910000Wilhelm-Leuschner-Straße 41 Prof. Dr.-Ing. Dietmar Hosser Swift-Code: DEUTDEDBBER60329 Frankfurt am Main Dr.-Ing. Karl-Heinz Schubert Ust-IdNr. DE217656065Frankfurter Straße 2 email@hhpberlin.de Phone: +49 (30) 89 59 55 038122 Braunschweig www.hhpberlin.de Fax: +49 (30) 89 59 55 9 101 27
  28. 28. Brandschutztechn. Auslegung in der PraxisRegelungen im Baurecht (LBauO, SonderbauVO,…)Schutzziele des BrandschutzesÜbliche Vorgehensweise: Erfüllung Schutzziele präskriptivTraditionelle (präskriptive) Brandschutztechn. Auslegung Konkrete materielle Anforderungen in den BauO bzw. SonderbauVO Bemessung der Bauteile für ETK nach DIN 4102-4/DIN 4102-22 VORTEIL: Einfache Bemessung (Bemessungstabellen) NACHTEIL: Häufig konservativer Nachweis 28
  29. 29. Leistungsorientierte Brandschutzbemessung Nach MIndBauRL Ziffer 4.3 ist Nachweis mit Ingenieurmethoden zulässig (leistungsorientierte Brandschutzbemessung) MBO 3 lässt alternative Nachweise zu: 29
  30. 30. Alternative Bemessungsverfahren Präskriptive Bemessung Vorgeschriebene Anforderungen (Bauordnung, Sonderbauvorschrift) Nominelle Temperaturzeitkurven Vollbrand – Einheitstemperaturzeitkurve (ETK) Mechanische Einwirkungen realistische Randbedingungen, reale Belastung Bauteil Teiltragwerk Gesamttragwerk Stufe 1 Stufe 2 Stufe 3 Stufe 2 Stufe 3 Stufe 3 30
  31. 31. Alternative Bemessungsverfahren Leistungsorientierte Bemessung (Brandschutzkonzept/Brandschutznachweis) Natürliche Brandszenarien Brandeinwirkung auf physikalischer Grundlage 1200 natürliche Brände 1000 [ C] 800 Einheitstemperaturzeitkurve ETK 600 Temperatur 400 200 0 0 15 30 45 60 75 90 Branddauer t [min] 31
  32. 32. Alternative Bemessungsverfahren Leistungsorientierte Anforderungen (Brandschutzkonzept/Brandschutznachweis) Natürliche Brandszenarien Brandeinwirkung auf physikalischer Grundlage Mechanische Einwirkungen realistische Randbedingungen, reale Belastung Bauteil Teiltragwerk Gesamttragwerk Stufe 1 Stufe 2 Stufe 3 Stufe 2 Stufe 3 Stufe 3 32
  33. 33. Ebene 0 (EG) 33
  34. 34. Ebene 1 34
  35. 35. Ebene 2 35
  36. 36. Ebene 3 36
  37. 37. Ebene 4 37
  38. 38. Ebene UG 38
  39. 39. Modellierung der Ausgänge• Abmessungen• Öffnungs- und Schließzeiten• Durchflussrate [m³/s]• Attraktivität (Haupt- oder Nebenausgang) 39
  40. 40. Personenstromanalyse mit BuildingExodus• Software zum von Personenströmen• Individualmodell: Individuelle Bewegung von Einzelpersonen werden berücksichtigt• Dichte ist keine Eingangsgröße, sondern Teil der Berechnung• persönliche Parameter und Entscheidungen können berücksichtigt werden• Räumlich diskreter Ansatz: Bewegungsflächen werden als diskrete Elemente dargestellt 40
  41. 41. Ergebnis Evakuierungsberechnung• Die Evakuierung der Ebenen verläuft über den gesamten Zeitraum flüssig ohne größere Rückstauungen• Das vereinbarte Schutzziel, Anstehzeiten innerhalb der Ladeneinheiten von > 3 Minuten zu vermeiden, wird erreicht• Die Verkaufsbereiche sind nach spätestens 13,9 Minuten evakuiert. Zu diesem Zeitpunkt befinden sich alle Personen im Treppenraum. Das Gesamtgebäude ist nach 17,3 Minuten evakuiert• Die Verringerung der Ausgangsbreiten gegenüber /SächsVerkbauR/ ist unkritisch, wenn raucharme Schicht nachgewiesen 41

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